STEM案例

蔡菁

學習目標

科學（S）：探索伯努利原理在風箏中的應用，能想辦法使風箏結構更穩(wěn)定，體會不同材料的性能與用途的關系。

技術（T）：能夠具有基本的設計能力和工程繪圖能力，能夠用身邊的材料完成風箏的工程設計。

工程（E）：能夠完整地按照設計圖紙完成風箏的制作，并在制作研究過程中針對遇到的問題調(diào)整改進，能夠在制作完成后正確測試風箏的飛行效果。

數(shù)學（M）：認識到風箏面與地面夾角與風箏升力間的關系。

材料清單

易耗品：各種粗細不同的木棍、竹篾、塑料吸管，報紙，風箏紙，塑料袋，雙面膠，棉線。

非易耗品：剪刀，美工刀，乒乓球，漏斗，直尺，各種形狀的風箏實物。

教學過程

1.任務引入

（1）出示國際風箏節(jié)天空中放飛各種各樣風箏的視頻，感受放風箏的奇妙樂趣，引發(fā)學生思考如何制作風箏并成功放飛。

（2）學生自由分組，組建自己的工程小組，商討完成這一任務的計劃。

（要點：如果要很好地完成制作并放飛一架風箏的任務，我們可以制訂怎樣的計劃呢？在面對復雜任務時，學生要具有將任務分解為若干簡單任務并制訂研究計劃的能力。）

（3）小組匯報研究計劃，教師引導學生明確主要研究任務：風箏的結構探究、材料性能探究、風箏飛行原理探究、設計制作風箏、測試改進等。

（4）引導學生思考如何評價一個小組完成任務的水平，從而修正本組的實驗計劃，使學生在討論中樹立起對成本、工程、功能的全面評價觀念，提升科學原理、探究能力、科學態(tài)度、工程素養(yǎng)等多方面的科學素養(yǎng)。

（要點：在這一活動中，什么樣的小組算是表現(xiàn)優(yōu)秀的小組，可以獲得我們的一致好評呢？）

2.探究活動一：風箏的結構研究

（1）將各種各樣的風箏實物掛在教室里，學生觀察、討論、發(fā)現(xiàn)風箏的基本結構。

（要點：你見過哪些類型的風箏？這些風箏有什么相同之處？有什么不同？）

（2）引導學生思考風箏的各個部件，小組查閱資料，弄清各個部件的用途。

（要點：要制作一架簡易的風箏，有哪些必不可少的結構？這些結構的用途分別是什么？引導學生認識到，風箏主要由骨架、箏面、鞍繩、飄帶等結構構成。除了有地面風提供給風箏升力以外，風箏還遵循著墜重平衡和橫桿對稱平衡的原理，因此我們在觀察研究中發(fā)現(xiàn)平衡非常重要，無論是支架的結構還是飄帶的設計，都是為了使風箏在空中更好地實現(xiàn)平衡。）

3.探究活動二：材料性能探究

（1）引導學生探究風箏骨架材料的性能。

（要點：我們可以使用哪些材料來制作風箏的骨架？它們有什么優(yōu)缺點？你能否設計實驗來證明？對于一架風箏來說，制作風箏的材料性能和風箏的結構一樣重要，不同的材料制作出來的風箏飛行效果也有很大不同。這一環(huán)節(jié)的目的，是為了讓學生在具體的情境中認識不同材料的特性。）

（2）你希望在你的風箏中使用哪種材料制作骨架？

（要點：我們可以使用哪些材料來制作風箏的箏面？它們有什么優(yōu)缺點？你能否設計實驗來證明？在真實情境中，往往很難找到完美的材料，每一種材料都有著自己的不同特性，有著自己的優(yōu)缺點，關鍵是教師引導學生思考如何根據(jù)自己的設計選擇合適的材料。）

4.探究活動三：風箏飛行原理探究

（1）探究風箏在天空中是如何獲得升力的？

（要點：風箏在天空中受到哪些力的作用？水平方向吹來的風是如何讓風箏獲得向上的升力的？學生在思考過程中會提出各自的想法，這一環(huán)節(jié)關鍵是讓他們思考風箏的受力情況，讓他們學會用定性的方法去思考力與物體運動之間的關系。不管學生表現(xiàn)出哪一種前概念，教師都需要尊重它，在他們不斷表達、思考、辨析的過程中，才能聚焦到氣流與物體的運動之間的關系上。）

（2）利用吹紙條實驗引導學生探究伯努利原理。

（要點：如圖1所示，當氣流經(jīng)過時，紙條的運動狀態(tài)會改變嗎？紙條受力的方向和氣流的位置有什么關系？）

（3）利用吹漏斗中的乒乓球?qū)嶒炓龑W生探究伯努利原理。

（要點：如圖2所示，用力向漏斗頸部快速吹氣，乒乓球會被吹走嗎？你感受到乒乓球受到了指向什么方向的力？向乒乓球的什么位置輕輕吹氣，可以將乒乓球從漏斗中趕出呢？）

5.探究活動四：設計、制作、測試、改進風箏

本活動為該課程的主體部分，這一活動至少花費兩課時的時間。在這一活動中，學生根據(jù)前面幾個活動所學，正式開展風箏的設計與制作。但這又是一個不斷迭代的過程，在制作中，學生會出現(xiàn)對原本方案的再設計，在測試后也會出現(xiàn)再設計、再制作，正是這樣一個有一定復雜性的活動，充分提升學生的思維品質(zhì)與動手能力。

（1）明確活動任務，了解做風箏活動的評價要求，通過評價要求指導本組的設計。

（要點：填寫材料清單，如有使用某項材料，則注明名稱和數(shù)量。）

（2）明確評價要求，建立評價量表。

（要點：在大家開始討論設計方案之前，認真閱讀評價量表，用量表中的評價標準去指導自己的設計。見表1。）

（3）學生討論設計與制作，測試飛行性能。

（要點：繪制風箏設計圖。按照設計圖紙自備材料開展制作。在制作完成后測試飛行性能。測試結果是否達到預期？如何改進？）

6.展示與評價

像放風箏這樣的基于任務解決的整合活動一定有著多元的評價方式。本活動的設計目的是引導學生在問題解決的過程中形成對風箏結構穩(wěn)定性、設計創(chuàng)新性、工程制作準確性的整體評價，形成對完成一項工程任務的全面認識，提高對科學探究的興趣與信心。

（1）演講匯報。

（要點：每組有三分鐘的時間進行演講匯報，其他小組認真傾聽，所有小組匯報完畢后每組填寫評價單。現(xiàn)場唱票，并將得分結果填入該組評價量表中。）

（2）放風箏比賽。

（要點：各小組在操場上放飛本組的風箏，比較在一節(jié)課中哪個小組的風箏飛得高、飛得穩(wěn)。）

（3）學生作品分享。